人工椎间盘置换对腰椎小关节应力影响的三维有限元分析

背景：近年来随着对脊柱生物力学研究的深入,人工椎间盘被认为是治疗腰椎退行性变较理想的方法,但目前对人工腰椎间盘的生物力学研究还非常有限。 目的：建立腰椎运动节段人工椎间盘置换的三维有限元模型并进行生物力学分析,观察人工椎间盘置换对腰椎小关节应力的影响。 方法：在已建立的正常腰椎运动节段三维有限元模型的基础上去除L4~5椎间盘、上下终板的有限元单元,加入SB-Chaite Ⅲ型人工椎间盘的有限元模型,保留L4~5椎间隙的纤维环及相关韧带,形成L4~5运动节段人工椎间盘置换的三维有限元模型。对三维有限元模型在垂直压缩、前屈、后伸、侧弯等不同载荷下进行生物力学分析,记录小关节的应力,并与正常运动节段三维有限元模型相应部位的应力进行对比。 结果与结论：生物力学分析结果显示,人工椎间盘置换后：①垂直压缩时上下椎体、双侧小关节内应力与正常节段相比差异无显著性意义(P > 0.01)。②前屈、后伸时上下椎体前、后方及双侧小关节内应力与正常节段相比差异无显著性意义(P > 0.01)。③侧弯时上下椎体左右两侧及双侧小关节内应力与正常节段相比差异无显著性意义(P > 0.01)。提示人工腰椎间盘置换后小关节应力可保持在正常运动节段的水平,人工腰椎间盘置换可以达到腰椎生物力学性能重建的目的。     

腰椎运动节段终板凹陷角变化的有限元分析*☆

背景：终板的组织形态改变可通过影响对椎间盘的营养传递最终导致椎间盘的退变。 目的：观察终板凹陷程度变化对腰椎运动节段生物力学的影响。 设计、时间及地点：有限元模型生物力学分析。于2005-01/2007-01在浙江大学医学院附属第二医院骨科生物力学实验室完成。 材料：德国西门子SOMATOM SENSATION 16螺旋CT机。ANSYS有限元分析软件(Inc. Pennsylvania, USA)。 方法：在以往建立的腰椎L4~5运动节段三维非线性有限元模型基础上，采用CAD方法精确构建大、中、小3种不同终板凹陷角的有限元模型，有限元模型的椎间盘前凸角、小关节间隙等其余形态学参数及网格划分均保持一致。垂直压缩、屈曲、伸直、前后剪力5种载荷条件下，分别对3种有限元模型生物力学参数进行测试。 主要观察指标：终板-椎间盘界面应变、椎间盘刚度、髓核内压、椎间盘膨出、纤维环纤维张应力、纤维环基质应力、腰椎后部结构应力以及关节突接触力。 结果：负载条件下，终板凹陷角增加、终板凹陷程度减小可导致终板-椎间盘界面应变减小，椎间盘刚度及髓核内压增加，椎间盘膨出、纤维环纤维张应力、纤维环基质应力、腰椎后部结构应力以及关节突接触力减小。 结论：终板凹陷程度的减小增强了椎间盘对椎体的保护作用；同时可通过影响终板的形变减少对椎间盘的营养传递。     

腰椎运动节段流固耦合有限元模型的建立与验证*

背景：传统的脊柱生物力学体外实验难以取得椎间盘液体相关的力学性能数据,国外可见多孔弹性有限元模型用于腰椎的固液二相性的研究,然而国内罕见相关报道。 目的：利用ANSYS12.1有限元分析软件,建立腰椎运动节段流固耦合有限元模型,旨在推动有限元分析技术在脊柱生物力学方面的广泛应用。 方法：对1名健康男性志愿者进行L4~5运动节段的螺旋CT扫描成像,利用医学图像处理软件Mimics10.01对其进行预处理,再利用逆向工程软件Geomagic9.0对模型进行NURBS曲面重构,然后导入有限元软件ANSYS12.1重建椎体皮质骨、松质骨、纤维环和髓核等结构,最后通过划分网格、定义材料属性、定义接触、加载求解等操作建立了腰椎运动节段流固耦合三维有限元模型,并将椎间盘高度随时间变化的数据与文献数据进行比较,以验证模型的有效性。 结果与结论：建立了L4~5运动节段的流固耦合有限元模型,模型的总节点数210 718个,总单元数85 973个。将本模型所测得的椎间盘高度数据与文献数据进行比较,结果基本一致。腰椎流固耦合有限元模型更加符合人体的生物力学特点。     

人工腰椎间盘置换的有限元模型

背景：国内外已有学者将有限元分析用于脊柱的生物力学模拟，但对人工椎间盘置换前后腰椎生物力学系统的有限元模拟报道较少。 目的：实验建立腰椎运动节段SB-Chaite III型人工椎间盘置换的新型三维有限元模型，并在此基础上进行有限元分析。 设计、时间及地点：观察性实验于2003-12/2004-08在中南大学湘雅医院骨科研究室完成。 对象：选择1名健康成年男性志愿者作为模拟对象,对脊柱T12~S1节段进行层厚2 mm的连续扫描，共获得CT断层图像264幅，并对CT图像每隔15°进行三维重建，获取用于建立三维模型的相关数据。 方法：将CT扫描的腰椎图像结合人体解剖学数据通过3DSMAX软件建模形成正常中国男性L4~5运动节段的三维模型。 主要观察指标：结合SB-Chaite Ⅲ型人工椎间盘的三维模型，用有限元分析软件SAP2000转换成有限元模型。 结果：成功建立了腰椎运动节段的三维模型和有限元模型。L4~5节段SB-Chaite Ⅲ型人工椎间盘置换的有限元模型总节点数为2 542个，包括1 924个Solid单元，592个Area单元，50个Link单元。 结论：通过CT断层扫描、图像数字化处理及计算机辅助设计等方法，可以建立腰椎人工椎间盘置换的有限元模型。     

建立正常人C2~7的三维有限元模型

背景：随着计算机技术的发展,颈椎生物力学研究不再局限于动物或人体尸体实验,计算机模型可以进行更准确的生物力学研究。 目的：在已有研究的基础上,建立人体C2~7三维有限元模型,以期为颈椎前路分节段减压融合的生物力学研究提供参考数据。 方法：选择1名28岁健康男性志愿者为观察对象,无明显的颈椎病史,扫描前先拍摄颈椎正侧位、斜位、过伸过屈位X射线片以排除颈椎病变。首先根据志愿者CT扫描图片,采用计算机辅助设计数据处理技术,输入相关的材料特性,构建C2~7三维有限元模型。模型重建采用先进的Geomagics系统,可以准确模拟颈椎结构,有限元部分则采用广泛使用的ANSYS系统。其次在1.8 N•m作用力下,观察节段运动与力-位移反应,并与国外的实验结果对比,在前屈、后伸、侧弯和旋转等4种工况(载荷状态)下对模型进行验证。 结果与结论：整个模型包括C2~7六个椎体、C2/3~6/7五个椎间盘以及后部结构与主要韧带,共有23 348个节点和215 749个单元。在模拟外力的作用下,模型前屈、后伸、侧弯和旋转工况下的颈椎活动度与以往实验模型结果数据基本吻合。提示所建立的颈椎有限元模型可以模拟颈椎生物力学实验,进行生物力学分析。     

椎体后凸成形对邻近节段力学影响的有限元分析

背景：椎体后凸成形术自应用临床以来取得了令人鼓舞的临床效果,但是术后邻近椎体发生骨折时有报道。从生物力学角度来分析邻近椎体发生骨折的可能原因具有重要价值。 目的：以有限元方法观察椎体后凸成形术对相邻椎体生物力学的影响,分析相邻椎体继发骨折的原因。 方法：利用MIMICS软件对1例T12压缩骨折椎体后凸成形术前后的CT图片进行预处理,后导入ABAQUS软件中建立T10~L2的三维有限元模型,设置0.3,1.0 ,4.0 MPa三种轴向载荷进行生物力学分析,观察不同载荷下模型整体及各部分的Von Mises应力,重点评价椎体后凸成形术对骨折相邻椎体生物力学的影响。 结果与结论：成功建立了椎体后凸成形术前后的三维有限元模型,当轴向压力以0.3,1.0,4.0 MPa增加后,椎间盘、软骨终板和椎体整体的应力也成比例增加。椎体后凸成形术后脊柱胸腰段各部位的应力开始重新分布,增强椎体(T12)的相邻椎间盘(T11~12、T12~L1)及相邻终板(T11下终板、L1上终板)的应力增强区域增加;T12相邻椎体(T11,L1)所受最大应力明显增加,但远端椎体(T10,L2)的最大应力明显减少。提示椎体后凸成形术后引起上下相邻椎体继发骨折可能与术后生物力学行为的改变有关。     

椎弓根螺钉及融合器应力分布在腰椎滑脱后路骨融合模型的三维有限元分析

背景：目前在脊柱外科的有限元分析多见于正常的腰椎模型,对术后病理状态的模型未见深入研究。 目的：建立L4/5滑脱不同融合术式的有限元模型,通过此模型对椎弓根螺钉和融合器上的应力分布及模型稳定性有无显著性差异进行生物力学评价。 方法：采集1名腰椎滑脱男性的腰椎螺旋CT数据借助mimics 10.01 软件,建立L4/5三维模型。将模型导入abaqus6.51软件,对模型进行网格划分,赋予材料属性。再分别建立椎弓根螺钉和融合器的有限元模型,然后根据临床术式组合成不同后路融合模型。设定边界条件在上述模型上分别施加垂直压缩载荷以及前屈、后伸、左屈、右旋等力矩载荷,并测定各种载荷下椎弓根螺钉、融合器上的应力及模型的位移,结果在SPSS13.0软件上进行统计学分析。 结果与结论：①两种模型在各种载荷中应力多集中在椎弓根螺钉与钛棒连接处,轴向压缩载荷下最小,在旋转时最大,融合器应力集中分布在前段及后断。②对比在5种载荷下两种模型位移后路椎体间融合组均小于后外侧融合(P < 0.05)。实验建立了L4椎体滑脱后路不同融合术式的有限元模型,模型加载后的应力分布和位移具有临床意义,椎体间融合的稳定性优于椎弓根螺钉内固定加后外侧植骨融合。     

人工腰椎间盘置换后下位关节突关节内压力的变化*★

目的：腰椎间盘和关节突关节共同维持腰椎的稳定，任何一个部分的退行性变都将引起另两部分的退变。观察SB Charite人工腰椎间盘假体置换对相邻下位关节突关节内压力的影响，以提供人工椎间盘临床应用的生物力学参数。 方法：实验于2003-03在国防科技大学航天与材料工程学院力学实验室完成。①实验材料：10具新鲜成人尸体腰椎标本，包括L2~5椎体及其椎间盘，死者均为急性脑死亡的健康青壮年。肉眼及X射线观察以排除标本无畸形、退行性变及结构性破坏。剔除椎旁肌肉及其筋膜组织，保留所有的韧带、椎间盘及关节囊并维持其完整性。②实验方法及评估：将Ω状微型电阻式压力传感器置入L4/5关节突关节，分别测量L3/4椎间盘完整和人工椎间盘置换两种状态下轴向（400～2 000 N）、后伸、对侧弯和同侧弯(2~10 N·m)载荷4种工况时L4/5关节突关节内的压力。 结果：纳入成人尸体腰椎标本共10具，均进入结果分析，实验过程中标本无破坏和脱落。轴向、后伸、同侧弯及对侧弯加载条件下，人工椎间盘置换组与椎间盘完整组比较，下位关节突关节内压力差异均无显著性（P > 0.05）。 结论：①人工腰椎间盘置换后相邻下位关节突关节内压力与正常时无明显改变。②人工椎间盘置换在重建腰椎生物力学性能的同时不会引起相邻下位关节突关节内压力的改变。     

有限元法分析举重运动员预备提铃动作过程中腰椎节段的受力变化

背景：多年来,国内外学者对腰椎的生物力学特性进行了大量的研究,但是由于腰椎生理结构的复杂性以及研究手段的局限性,很多问题有待于进一步探索,特别是对举重运动员腰部损伤的防治是目前亟待解决的问题。 目的：建立人体完整腰段脊柱三维有限元模型,分析举重运动员预备提铃动作时腰椎节段的受力特点。 方法：引入“组装搭配式”思想,利用Dicom数据,建立人体脊柱腰椎节段(L1~5)完整的、真实的三维有限元模型。并模拟举重运动员预备提铃动作时,各椎体及椎间盘所受应力情况。 结果与结论：举重运动员预备提铃动作时,各椎体应力分布在椎体前下方,此处应力水平明显高于其他部位,椎体后部结构中椎弓根处出现应力集中现象,应力也处于较高水平。椎间盘应力分布在纤维环的中部和前部,但是前部更为明显。此时,不同椎体、腰椎间盘所承受的应力不同,其应力表现为自上向下呈逐渐增大趋势。各椎体的应力值大于其下方椎间盘的应力值,各椎体应力值是其下方椎间盘的四五倍。证实实验所建腰椎节段三维有限元模型可以用于模拟脊柱腰椎节段的生物力学特性研究。     

轴向载荷对双节段颈椎人工椎间盘置换邻下位关节突关节压力影响

【摘 要】 目的 探讨轴向载荷对双节段颈椎人工椎间盘置换和前路椎间融合内固定对邻下位节段关节突关节内压力的影响,为双节段人工颈椎间盘置换的临床运用提供生物力学依据。 方法 取11具新鲜完整的成人下颈段标本,按实验先后分别制成C4/5、C5/6椎间盘完整、椎间盘置换、椎间融合三个模型组,在标本上施加轴向分级载荷,将微型阻电式压力传感器置入C5/6、C6/7关节突关节内,测量合组各分级载荷下C5/6、C6/7关节突关节内的压力。 结果 1.在轴向加载下,下位节段关节突关节内的压力随着施加载荷的增大而增大。 2. C4/5、C5/6双节段人工椎间盘置换组与椎间盘完整组相比下位置换节段和邻近下位节段关节突关节内的压力变化相近,无显著性差异 (P>0.05)。3. C4/5、C5/6椎间融合组与人工椎间盘置换组、椎间盘完整组相比邻近下位节段关节突关节内的压力高,有显著性差异(P<0.05)。 结论 1. 颈椎双节段人工椎间盘置换后置换下位节段和邻近下位节段关节突关节内压力与完整标本相近,提示颈椎双节段人工椎间盘置换能够重建颈椎生物力学性能。2. 颈椎双节段椎间盘摘除融合内固定后邻近下位关节突关节压力增加,可能是多节段颈椎融合术后邻近节段发生退变或退变加速的原因之一     

人工髓核防滑脱装置的设计及生物力学评价

背景：人工髓核置换治疗腰椎间盘病变能减轻或消除腰腿痛的临床症状、维持椎间盘高度、保留脊柱节段的稳定性和活动度，但因假体移位而再手术率较高。 目的：设计人工髓核防滑脱装置（用阔筋膜包裹人工髓核）并进行生物力学评价。 设计：自身对照，生物力学体外实验。 材料：成年人新鲜尸体腰椎(L1~S1)标本3具；尸体大腿阔筋膜标本2片；人工髓核为自制，材料为聚甲基丙烯酸甲酯。 方法：将3具腰椎标本制成6个运动节段的试验模型，L3~4及L4~5各3个，制成椎间盘髓核摘除后单纯人工髓核置入模型，施加前屈后伸、左右侧弯和左右轴向旋转6个方向6.0 N?m的纯力偶矩疲劳实验。然后取出人工髓核，用备用的阔筋膜包裹缝合，制成椎间盘髓核摘除后用阔筋膜包裹人工髓核置入模型，进行相同的生物力学测试。 主要观察指标：不同状态各个方向髓核假体移位的变化。 结果：与单纯人工髓核置入相比较，阔筋膜包裹人工髓核置入在脊柱屈伸与旋转时髓核在水平方向上移位减小（P < 0 05），在脊柱侧屈时髓核在水平方向上移位减小（P < 0 01）；而在脊柱屈伸、旋转或侧屈时人工髓核在冠状面和额状面上的成角移位均减小（P < 0 01）。 结论：阔筋膜包裹人工髓核置入在体外人体标本测试中能较好地减小或防止人工髓核假体移位。     

三维有限元模型分析3种内固定方式治疗严重腰椎不稳定型骨折的生物力学特点

背景：严重腰椎不稳定型骨折的内固定修复方法未形成统一的观点。 目的：应用三维有限元模型对比分析不同内固定方式治疗严重腰椎不稳定型骨折的生物力学性能。 方法：选取1个健康成年志愿者,用CT图像和Mimics软件建立T12~L2椎体三维模型,模拟L1椎体爆裂性骨折,并分别模拟后路减压短节段椎弓根钉固定、前路减压钛网置入内固定和后路减压内固定+前路椎体次全切除钛网置入内固定3种治疗方法。将模型导入到有限元分析软件Abaqus,施加约束和载荷分别加载260 N压力和10 N•m转矩,模拟3种模型在不同工况下的椎体位移、应力传导情况,以及前后路固定器械的受力情况。 结果与结论：从椎体位移分布情况来看,前后联合内固定方式下的位移要较其他两种内固定方式小。从应力分布情况来看,前后联合内固定方式更加符合载荷分布原则。从生物力学角度来看,前后联合内固定方式优于其他两种内固定方式。     

三维有限元腰椎节段模型上模拟拨伸按压手法的生物力学分析

背景：应用计算机技术和有限元法对传统中医推拿手法进行研究,给传统的中医推拿手法研究注入了活力。 目的：分析手法治疗腰椎间盘突出症的机制,探求符合生物力学的治疗手法,明确手法治疗腰椎疾患的安全范围。 方法：选择成年无腰椎疾患的男性志愿者,年龄28岁,身高170 cm,体质量60 kg。采用CT对L3~S1进行扫描,利用ADINA5.0构件软件,并赋予不同组织不同的材料属性,建立腰椎有限元模型,设定腰椎水平位、后伸10°位、前屈30°位状态,加载拔伸按压载荷,观察腰椎间盘、髓核和纤维环的受力改变情况。 结果与结论：在拔伸按压状态下,腰椎前屈30°椎间盘组织的位移应变和应力变化最明显,提示在设定的条件下手法治疗腰椎疾患是安全的。     

以有限元法比较前路腰椎间融合后路关节突关节螺钉/椎弓根螺钉的固定应力*☆

背景：对腰椎前路腰椎间融合后辅助固定的各种关节突关节螺钉的生物力学安全性存在普遍担忧,限制其临床应用,未见文献报道与椎弓根螺钉固定的比较研究。 目的：建立L4~5椎前路椎间融合后路分别用双侧椎弓根螺钉、经椎板关节突螺钉及经关节突椎弓根螺钉固定的三维有限元模型,施加相同的负荷和转矩,比较分析3种螺钉和椎间融合器的应力状况。 设计、时间及地点：对比观察,于2008-02/2009-01在南方医科大学珠江医院骨科实验室完成。 材料：PHILIPS Brilliance64排螺旋CT扫描仪,数据输出DICOM 3.0 格式;Mimics 11.1软件;Simpleware3.1软件;Abaqus6.8软件;Photoshop 7.0软件;DEPUY AcroMed皮质骨螺钉和Zimmer椎间融合器;GSS椎弓根螺钉系统。 方法：建立L4~5椎前路椎间融合后路分别用双侧椎弓根螺钉、经椎板关节突螺钉及经关节突椎弓根螺钉固定的三维有限元模型。对3种螺钉固定的有限元模型施加500 N/6 N•m载荷模拟前曲、后伸、左侧弯、左旋运动,用Abaqus 6.8软件比较分析3种螺钉和椎间融合器的应力变化和分布特点。 主要观察指标：应力峰值,应力集中区云图。 结果：在500 N/6 N•m载荷下,椎弓根螺钉在屈、伸时的应力较两种关节突关节螺钉固定应力小,在侧弯和轴向旋转时较大;两种关节突关节螺钉应力特点相似。在椎弓根螺钉坚强固定时,椎间融合器有应力遮挡现象。 结论：在较小的转矩下,前路腰椎间融合后两种关节突关节螺钉固定的安全性和椎弓根螺钉固定相近。使用关节突关节螺钉固定,除减少创伤、节约成本等优点外,还可减少对椎间融合器的应力遮挡效应。     

The Changes in Range of Motion after a Lumbar Spinal Arthroplasty with Charité? in the Human Cadaveric Spine under Physiologic Compressive Follower Preload : A Comparative Study between Load Control Protocol and Hybrid Protocol

Objective

To compare two testing protocols for evaluating range of motion (ROM) changes in the preloaded cadaveric spines implanted with a mobile core type Charité™ lumbar artificial disc.

Methods

Using five human cadaveric lumbosacral spines (L2-S2), baseline ROMs were measured with a bending moment of 8 Nm for all motion modes (flexion/extension, lateral bending, and axial rotation) in intact spine. The ROM was tracked using a video-based motion-capturing system. After the Charité™ disc was implanted at the L4-L5 level, the measurement was repeated using two different methods : 1) loading up to 8 Nm with the compressive follower preload as in testing the intact spine (Load control protocol), 2) loading in displacement control until the total ROM of L2-S2 matches that when the intact spine was loaded under load control (Hybrid protocol). The comparison between the data of each protocol was performed.

Results

The ROMs of the L4-L5 arthroplasty level were increased in all test modalities (p < 0.05 in bending and rotation) under both load and hybrid protocols. At the adjacent segments, the ROMs were increased in all modes except flexion under load control protocol. Under hybrid protocol, the adjacent segments demonstrated decreased ROMs in all modalities except extension at the inferior segment. Statistical significance between load and hybrid protocols was observed during bending and rotation at the operative and adjacent levels (p < 0.05).

Conclusion

In hybrid protocol, the Charité™ disc provided a relatively better restoration of ROM, than in the load control protocol, reproducing clinical observations in terms of motion following surgery.     

经皮穿刺斜入路置入单枚膨胀式腰椎间融合器的生物力学试验

背景：各种椎间融合器(cage)已相继被用于腰椎椎间融合,其力学性能良好,临床效果满意。常规的后路融合要平行置入双枚cage,但有学者提出可以斜向置入单枚cage的方法。 目的：实验设计方案特点在于将膨胀式cage和斜向置入单枚cage的方法相结合,通过人体外的生物力学试验,以得到一种在临床上能满足治疗要求而创伤更小的方法。 设计、时间及地点：随机抽样对照实验,于2005-05/2008-05在上海生物力学工程研究所完成。 材料：可膨胀式椎间融合器采用仿制的以色列Disc-O-Tech公司生产的B-Twin Cage。小牛新鲜腰椎标本自购自备。 方法：用18具小牛腰椎运动功能单位进行生物力学试验,分为3组,对照组、单枚斜向组及双枚平行组各6个。先测试对照组完整标本力学性能而后分组置入进行力学试验。采用WE-10A液压万能试验机,对标本进行轴向中心压缩、前屈、后伸、左右侧屈以及扭转刚度试验。 主要观察指标：各组标本的轴向刚度及扭转刚度结果。 结果：双枚cage置入组比单枚cage置入组的轴向刚度高,但只有轴向中心压缩和后伸运动方向的差异有显著性意义(P < 0.05),扭转刚度单枚cage置入组较双枚cage置入组高(P < 0.05)。 结论：经皮穿刺斜入路放置单枚膨胀式椎间融合器进行椎间骨融合从理论上是可行的;置入膨胀式融合器的腰椎功能单元的生物力学稳定性能增强,其楔形形状有一定作用;与经侧后路斜向置入单枚cage相比,经后路平行置入双枚cage的轴向稳定性高,但扭转稳定性低。     

腰椎椎弓根螺钉系统断裂的三维有限元分析

背景：椎弓根螺钉系统已是最为常用的脊柱内固定器械，但其钉棒断裂在临床上仍时有发生。 目的：利用三维有限元分析腰椎椎弓根螺钉系统在临床中断裂的并发症，以期提高手术成功率。 设计、时间及地点：三维有限元分析，于2007-11/2008-03在南方医科大学珠江医院完成。 对象：选择1名成年志愿者，年龄27岁，身高174 cm，体质量63 kg，经X射线检查排除脊柱疾病。 方法：建立腰椎椎弓根螺钉系统内固定的三维有限元模型，并分别施加压缩、前屈、后伸、侧屈及旋转5种生理载荷，对比分析不同载荷下螺钉、连接棒的应力分布。 主要观察指标：不同载荷下螺钉、连接棒各部分的应力。 结果：椎弓根螺钉系统各部分于垂直压缩下的应力远小于前屈、后伸、侧屈及旋转时所受压力。垂直压缩下应力主要集中在螺钉近棒段，而在前屈、后伸、侧屈及旋转时应力主要集中在连接棒上。 结论：椎弓根内固定系统设计及类型的选择，术中的规范操作，术后康复活动的指导及保护、适时取出内固定等对预防其断裂均十分重要。     

不同融合方式对腰椎生物力学的影响

背景：腰椎融合已广泛应用于腰椎疾患,但腰椎融合后对邻近节段的影响尚存争议,不同融合方式的节段稳定性及对邻近节段的影响尚不清楚。 目的：利用动物模型研究腰椎融合节段生物力学稳定性及相邻上节段的生物力学特点。 方法：将新西兰大白兔随机分为前路椎体间融合组(切除L5~6椎间盘,终板去皮质化,自体髂骨移植)、后外侧融合组(L5~6双侧横突去皮质化后自体髂骨移植)、环状融合组(先行前路椎体间融合,1周后作后外侧融合)、对照组(不作手术)。术后12周处取标本作影像学检查、手触测试、生物力学测试。对融合标本分别施加屈伸,左右侧弯,左右旋转6个方向的纯力矩,比较不同融合方式融合节段的稳定性及邻近节段运动范围。 结果与结论：与对照组比较,前路椎体间融合组、环状融合组、后外侧融合组L5~6节段屈曲活动度分别下降86.24%(P < 0.05),88.74%(P < 0.05),73.10%(P < 0.05),融合节段近上节段L4~5屈曲运动范围分别增加52.22%(P < 0.05),55.89%(P < 0.05),27.11%(P < 0.05)。说明3种融合方式均显著提高融合节段稳定性,环状融合提供的节段稳定性最高,后外侧融合提供的节段稳定性最低。3种融合方式均使融合节段邻近上节段运动范围显著增加。前路椎体间融合,360°融合使邻近上节段屈曲运动范围增加无统计学差异。后外侧融合使邻近上节段屈曲运动范围增加最少。